L’IA peut-elle réécrire notre ADN ? GATTACA n'est plus de la science-fiction

De l'édition du gène à l'édition du génome entier

Jusqu'à récemment, les modifications génétiques étaient plutôt rudimentaires, consistant à insérer aléatoirement une nouvelle séquence génétique dans les organismes cibles. Cette méthode d'insertion était également très destructrice. Par conséquent, seules les bactéries et les plantes étaient systématiquement génétiquement modifiées, et toute modification génétique chez des organismes comme les mammifères (y compris les humains) était complexe, coûteuse et lente.

Cela a partiellement changé avec la technologie CRISPR, qui a soudainement ouvert la voie à une édition génétique précise et contrôlée, aboutissant à l'approbation de la première thérapie génique pour les maladies génétiques humaines à la fin de 2023.

Cependant, CRISPR ne suffit toujours pas à modifier plus d'un gène, voire quelques-uns. Une refonte complète du génome semble encore hors de portée.

Cela pourrait bien avoir changé grâce à une découverte révolutionnaire de chercheurs chinois de l'Académie chinoise des sciences de Pékin. Ils ont annoncé une nouvelle méthode permettant de modifier d'énormes fragments de chromosomes entiers, ouvrant la voie au remplacement de l'édition génétique par l'édition du génome entier.

Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue scientifique Cell¹, sous le titre "Technologies de recombinase itérative pour une ingénierie génomique efficace et précise à des échelles allant du kilobase au mégabase ».

Édition des gènes contre édition du génome

Grâce à CRISPR et à d’autres technologies associées, comme «montage de base« Il est désormais possible de modifier un gène spécifique sans modification non ciblée indésirable, ni de laisser de dommages à la séquence génétique ciblée. Il devient même possible de modifier plusieurs gènes simultanément..

Cependant, déplacer ou modifier un morceau plus grand d’un chromosome a tendance à être inefficace, ce qui fait qu’il est peu probable que cela soit réalisé in vivo pour les organismes complexes, car la plupart des cellules ne seront pas modifiées ou endommagées au cours du processus.

Le système le plus couramment utilisé est le système d’édition du génome dit « Cre-Lox » utilisant la recombinase Cre d’un bactériophage et la répétition de séquences de sites LoxP dans les génomes.

Source: Générateur de vecteurs

La symétrie des sites lox peut parfois conduire à des réactions de recombinaison réversibles, inversant les modifications souhaitées.

Les protéines Cre, étant constituées de 4 sous-unités, peuvent également rendre les efforts d'ingénierie difficiles, entravant l'optimisation de l'activité.

Une autre limitation des méthodes actuelles d’édition du génome est la « cicatrisation » (sites de recombinaison), où le point de retrait et d’insertion dans le chromosome est endommagé par le processus, ce qui peut entraîner des dommages catastrophiques à la cellule résultante, même si le processus d’édition du génome a fonctionné.

Amélioration de Cre-Lox pour l'édition génomique à grande échelle

Nouveaux outils mis à niveau

Tout d’abord, les chercheurs ont construit une plateforme à haut débit pour la modification rapide du site de recombinaison et ont utilisé une conception de site Lox asymétrique.

De cette manière, ils ont développé de nouvelles variantes de Lox qui réduisent l’activité de recombinaison réversible (inversion indésirable) de plus de 10 fois tout en conservant une recombinaison directe à haute efficacité (l’objectif visé).

Deuxièmement, ils ont utilisé une méthode d'ingénierie de recombinase assistée par IA (AI-informed Constraints for protein Engineering – AiCErec) pour générer des variantes Cre avec une efficacité de recombinaison 3.5 fois supérieure à celle du type précédemment utilisé.

Source: Cellule

Enfin, ils ont utilisé l’efficacité d’édition élevée des éditeurs principaux pour remplacer avec précision les sites Lox résiduels par la séquence génomique d’origine.

Rassembler les innovations

Ensemble, ces trois innovations ont permis des manipulations d’ADN sans cicatrices de kilobase à mégabase dans les plantes et les cellules humaines.

Cela comprend les suppressions, les remplacements, les inversions et les translocations au niveau chromosomique.

Les chercheurs ont testé les outils pour différents niveaux d’édition du génome :

• Intégration ciblée de grands fragments d'ADN jusqu'à 18.8 kb
• Remplacement complet des séquences d'ADN de 5 kb
• Inversions chromosomiques couvrant 12 Mo
• Délétions chromosomiques de 4 Mb
• Translocations chromosomiques entières.

Il est désormais prouvé que ces outils peuvent inverser, supprimer ou insérer des morceaux massifs de code génétique chez les plantes et les animaux.

Source: Cellule

Parmi les exemples d'édition du génome que les chercheurs ont réalisés à titre de test, ils ont conçu du riz résistant aux herbicides en inversant une énorme section de son ADN (une inversion précise de 315 kb), ce qui était presque impossible auparavant.

Applications futures

Il est en réalité difficile d'appréhender pleinement le potentiel de cette nouvelle technologie. En effet, elle permet de remplacer des segments entiers d'un chromosome de manière transparente et apparemment très contrôlée.

Cela ouvre la voie à une sorte d’ingénierie génétique qui était auparavant complètement hors de portée, la rendant potentiellement aussi impactante que la découverte de CRISPR, récompensée par le prix Nobel.

Un exemple d’une telle édition pourrait être de remplacer entièrement la façon dont certaines plantes ou certains organismes combattent un pathogène donné, en transférant entre variétés ou espèces un bloc entier de matériel génétique pour créer des traits entièrement nouveaux.

Une autre option pourrait être de modifier dans la lignée germinale (à la conception ou au niveau de l’embryon) des segments entiers de chromosomes qui sont regroupés et contrôlent des traits spécifiques.

Si cela était testé et autorisé chez l'homme, cela pourrait, par exemple, modifier la résistance à certains cancers, le système immunitaire, les risques de certaines maladies comme la maladie d'Alzheimer, des traits physiques comme la couleur des cheveux et de la peau, ou même des gènes de l'intelligence et d'autres traits mentaux.

Jusqu’à présent, la recherche sur les traits contrôlés par de multiples gènes, en particulier les plus complexes comme le système immunitaire ou l’intelligence, liés à des centaines de gènes différents, a été entravée par l’application limitée que de telles découvertes pourraient avoir.

Mais si l’édition du génome entier devient possible, découvrir comment remplacer un chromosome entier en une seule fois pourrait aider à créer un matériel génétique optimal, à condition que nous comprenions suffisamment quels traits sont souhaitables ou non.

Questions éthiques

Évidemment, cela sera déjà controversé pour les plantes ou les animaux. Et encore plus pour les humains.

Cependant, il y aura également d’énormes pressions et intérêts de la part de nombreuses personnes pour la possibilité d’offrir à leurs enfants une vie plus longue et plus saine, ou un avantage compétitif en termes d’intelligence ou d’apparence par rapport à leurs pairs « non édités ».

Ce sujet a déjà été abordé dans la science-fiction, notamment dans le film GATTACA, qui explore un futur où seuls les humains « parfaits » ont accès aux niveaux supérieurs de la société, quels que soient leurs talents réels.

Source: Cadre évalué

Un tel résultat est indésirable. Mais, si elle est mise en œuvre de manière éthique et mesurée, une telle technologie pourrait au contraire offrir un potentiel considérable pour accroître la longévité humaine, améliorer la santé de la population et résoudre de manière quasi permanente toutes les maladies génétiques qui font actuellement souffrir des millions de personnes au quotidien.

Investir dans la génomique et la biotechnologie

Si l’édition du génome devient une pratique courante, les tests de masse des génomes pour détecter les séquences génétiques problématiques susceptibles de provoquer des maladies deviendront monnaie courante.

Cela pourrait également devenir un test régulier effectué sur chaque nouveau-né, même si l’édition génétique de masse n’est pas acceptée, et autorisée uniquement pour les maladies potentiellement mortelles, mais pas pour l’apparence ou l’intelligence.

En conséquence, les entreprises détenant une position forte dans le séquençage du génome seraient les premières à en bénéficier.

Illumina

Tandis que le autres -omiques en multiomique (protéomique, transcriptomique, etc.) sont importantes, presque toutes s’articulent d’une manière ou d’une autre autour de la génomique, le « manuel d’instructions » de base de chaque cellule vivante.

Illumina est de loin le plus grand producteur de machines de séquençage du génome. L'entreprise se concentre sur la lecture de séquences génétiques courtes, utilisées pour la détection du cancer. Elle compte actuellement plus de 22,000 165 séquenceurs installés dans XNUMX pays.

Environ la moitié des consommables des machines de séquençage d'Illumina sont utilisés dans des applications cliniques, l'autre moitié dans des laboratoires de recherche publics et privés. Dans les applications cliniques, la moitié de la demande provient du secteur oncologique.

Source: Illumina

Alors que la génomique et la multiomique deviennent essentielles à la découverte de médicaments, ainsi qu'au diagnostic du cancer, les équipements d'Illumina devraient connaître une forte demande. L'entreprise prévoit une croissance de la demande en séquençage de nouvelle génération (NGS) de 18 % en TCAC pour les applications cliniques et de 6 % en TCAC pour la recherche, portant le marché potentiel total (MPT) du secteur de 100 milliards de dollars pour le domaine clinique à 25 milliards de dollars pour la recherche d'ici 2033.

Source: Illumina

Illumina a eu une histoire compliquée avec la société de biopsie liquide Grail (GRAIL -0.36%), qui était une scission d'Illumina, rachetée plus tard, et maintenant forcée de redevenir une scission par les autorités de la concurrence aux États-Unis et dans l'UE.

Une fois ce problème résolu, Illumina pourrait reprendre sa croissance à long terme et la hausse du cours de ses actions, d'autant plus qu'en fin de compte, les tests de biopsie liquide de Grail s'appuieront probablement toujours sur les séquenceurs Illumina.

(Vous pouvez également lire une analyse plus détaillée de l'activité, des technologies futures et de l'histoire d'Illumina dans le rapport d'investissement dédié).

Actualités et développements récents concernant l'action Illumina (ILMN)

Étude référencée

^{1. Chao Sun, Hongchao Li, Yijing Liu, Yunjia Li, Rui Gao, Xiaoli Shi, Hongyuan Fei, Jinxing Liu, Ronghong Liang, Caixia Gao. Technologies de recombinase itératives pour une ingénierie génomique efficace et précise à l’échelle du kilobase à la mégabase. Cellule. 04 août 2025. DOI : 10.1016 / j.cell.2025.07.011}